CORSO DI ACUSTICA DI BASE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Programma del Martedì
presentazione del corso
09.15 fisica acustica
09.00
14.30
, f, T,c
filtro ideale e reale
filtri CPB e FFT
il prodotto B x T
la triade: potenza, pressione, ambiente
legge di propagazione sonora all’aperto
11.00 coffee
break
11.20 parametri acustici
il dB e la sua aritmetica
Lws, Li, Lps
12.00 valutazione
dell’energia
il valore efficace istantaneo
la ponderazione nel tempo
Leq, Sel, Lep,d/w
12.20 fisiologia
dell’udito
cenni della meccanica dell’udito
curve di ponderazione in frequenza
il dB(A)
13.00
colazione offerta dalla B&K
dominio della frequenza
15.30
analisi sonora temporale
il campionamento
fenomeni tonali, impulsivi
analisi statistica
16.30 coffee
break
16.45 acustica degli ambienti chiusi
Tempo di Riverbero e legge di Sabine
Lws e Lps
17.30 acustica
architettonica
isolamento per via aerea
isolamento per via solida
valutazione sperimentale
18.30 termine
della 1a sessione
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Programma del Mercoledì
09.00
il microfono
14.30
caratteristiche fisiche e meccaniche
unità per monitoraggio in esterno
09.20
il fonometro di base
elementi principali
le norme IEC 651 e IEC 804
cavi, interfaccia, memoria, ecc.
09.40 la
calibrazione
calibrazione interna, esterna, CIC
calibrazione iniziale accreditata
calibrazione annuale periodica
10.00 coffee
break
10.15 divisione in gruppi
Investigator 2260
fonometro 2236
analizzatore 214x
10.30 istruzione
all’uso della
strumentazione
12.30 pausa colazione
istruzione all’uso della
strumentazione (segue)
attestati di partecipazione
termine del corso
17.15 sessione libera
19.00 chiusura dei lavori
17.00
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Livello sonoro
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CORSO DI ACUSTICA DI BASE
SUONO O RUMORE ?
La stessa manifestazione fisica provoca
sensazioni diverse in relazione allo stato
psico-fisico-emozionale del recettore;
in base, quindi, alla risposta soggettiva
del recettore sarà descritta come SUONO
o come RUMORE.
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FISICA ACUSTICA
NEURO FISIOLOGIA
PROPAGAZIONE
Rumore?
Suono?
EVENTO SONORO
RECETTORE
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riverbero
dose
Leq,t
Lps
statistica
Hertz
Potenza
Pascal
EVENTO SONORO
dB(A)
Lws
fast
Sabine
FFT
Sel
fattore di cresta
1/3 ottava
Lep,d
campo vicino
Intensità
fase
decadimento
energia
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 pressione atmosferica statica
(valore nominale 101300 Pa)
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Pressione
[Pa]
New York
Pressione
atmosferica
100 000
Pascal
Mexico City
Variazioni
Pressione
Sonora
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Generatore di onde sonore
~ 344 m
=1s
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Spostamento di massa o di energia ?
va = 0 m/s
va > 0 m/s
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-
0
+
Il movimento delle particelle d’aria
I
I
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MATERIALE
ARIA
PIOMBO
ACQUA
METACRILATO
MATTONI
LEGNO
CEMENTO ARMATO
VETRO
ALLUMINIO
ACCIAIO
CARTONGESSO
VELOCITÀ DEL SUONO
m/s
RISPETTO ALL’ARIA
344
1220
1410
1800
3000
3400
3400
5200
5200
5200
6800
0
3.5
4.1
5.2
8.7
9.9
9.9
15.1
15.1
15.1
19.8
c = f (E , ) m/s
c = velocità di propagazione del suono
E = modulo di elasticità
 = densità
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v  300 x 106 m/s
v  340 x 100 m/s
s=vxt
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CENNI TEORICI SUL PRINCIPIO
DELLA PROPAGAZIONE SONORA
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Fisica - L’ analogia termica (1)
• Termosifone con flusso volumetrico di
acqua e con differenza di temperatura
dell’acqua costanti
Potenza termica = P (W)
t2
t3
• La sensazione (benessere termico) è
funzione della temperatura
• La temperatura può essere determinata
con un semplice termometro a mercurio
t1  t2  t3
t1
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Fisica - L’ analogia termica (2)
• Termosifone con flusso volumetrico di
acqua e con differenza di temperatura
dell’acqua costanti
P1 = P2
t5
t6
Ptot = 2 x P1
t4  t5  t6
t4 > t1
t5 > t2
t6 > t3
t4
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Fisica - L’ analogia termica (3)
• Termosifone con flusso volumetrico di
acqua e con differenza di temperatura
dell’acqua costanti di Potenza termica
P1
• Finestra aperta
t7  t8  t9
t8
t9
t7
t7 < t1
t8 < t2
t9 < t3
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica - L’ analogia termica (4)
causa ed effetto
1. La temperatura è proporzionale alla
potenza termica installata.
2. La temperatura dipende dal punto
di misura.
3. La temperatura dipende dalle condizioni dell’ambiente in cui è emessa
la potenza termica.
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Fisica acustica (1)
• Aspirapolvere con funzionamento
costante e continuo
Potenza acustica = W (W)
p2
p3
• La sensazione sonora è funzione della
energia sonora percepita
• La misura dell’energia sonora richiede
un microfono la cui risposta è proporzionale alla pressione dinamica
p1  p2  p3
p1
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Fisica acustica (2)
• Aspirapolvere con funzionamento
costante e continuo
Potenza acustica = W (W)
p5
p6
W 1 = W2
Wtot = 2 x W1
p4  p5  p6
p4 > p1
p5 > p2
p6 > p3
p4
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Fisica acustica (3)
• Aspirapolvere con funzionamento
costante e continuo
Potenza acustica = W (W)
p8
• Finestra aperta ed inserimento di una
porta
p9
p7  p8  p9
p7  p1
p8  p2
p9  p3
p7
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica (4)
causa ed effetto
1. La pressione sonora è proporzionale
alla potenza sonora installata.
2. La pressione sonora dipende dal
punto di misura.
3. La pressione sonora dipende dalle
condizioni dell’ambiente in cui è
emessa la potenza sonora.
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica (5)
causa ed effetto
W
p
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Fisica acustica (6)
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1.
2.
3.
4.
5.
Sorgente puntiforme
Sorgente omnidirezionale
Sorgente di Potenza W
Mezzo (aria) isotropo
Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
p2
p3
p4
p5
p1
W
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
P2
P2

P
r1
r2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
W = p2 x S / ( c )
S = 4  r2
W = p2 x 4  r2 / ( c )
W=
2
p
k = 4  / ( c )
W =
x
2
p
2
r
x
x k
2
r
x k
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1. Sorgente puntiforme
2.
3.
4.
5.
Sorgente omnidirezionale
Sorgente di Potenza W
Mezzo (aria) isotropo
Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
1m?
10 m ?
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1. Sorgente puntiforme
2. Sorgente omnidirezionale
3. Sorgente di Potenza W
4. Mezzo (aria) isotropo
5. Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
W
W
S = 4  r2
S = 2  r2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Ssfera = 4 
r2
W = p2 x 4  r2 / ( c )
S = ½ Ssfera
W = 2 p2 x ½ (4  r2) / ( c )
S = ¼ Ssfera
W = 4 p2 x ¼ (4  r2) / ( c )
S = 18 Ssfera
W = 8 p2 x
1
8
(4  r2) / ( c )
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p2?
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½ p2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
~ ½ p2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1. Sorgente puntiforme
2. Sorgente omnidirezionale
3. Sorgente di Potenza W
4. Mezzo (aria) isotropo
5. Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Qi
p2i
p2sfera
Qi =
p2i
/
p2sfera
Qi
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1.
2.
3.
4.
Sorgente puntiforme
Sorgente omnidirezionale
Sorgente di Potenza W
Mezzo (aria) isotropo
5. Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
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p2?
W’
W
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Za = a ca  400 kg / m2s
Wt
Wt
Wr
Wi
W
Zm  25000 Za
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1.
2.
3.
4.
5.
Sorgente puntiforme
Sorgente omnidirezionale
Sorgente di Potenza W
Mezzo (aria) isotropo
Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
d1
W1
p2 ?
d2
d
W2
Se d << d1 , d2 S1  S2
Se d ~ d1 , d2
S1  S2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1.
2.
3.
4.
5.
Sorgente puntiforme
Sorgente omnidirezionale
Sorgente di Potenza W
Mezzo (aria) isotropo
Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
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W
°C
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica
cenni di pura teoria
CONDIZIONI:
1.
2.
3.
4.
5.
Sorgente puntiforme
Sorgente omnidirezionale
Sorgente di Potenza W
Mezzo (aria) isotropo
Libera propagazione della
energia sonora = assenza
di ostacoli
6. Assenza di altre sorgenti
7. Assenza di assorbitori
8. Conservazione di energia
OK !
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l
r
S= rxl
onde cilindriche
r
S= axb
S = 4  r2
onde piane
onde sferiche
r
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p2 = f (r)
35
onda piana
30
25
20
2
p
15
10
5
onda cilindrica
onda sferica
0
1
5
9
13
17
distanza r (m)
21
25
29
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
CENNI TEORICI SUL PRINCIPIO
DELLA PROPAGAZIONE SONORA
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Soglia del dolore = 200 Pa
Pressione, p
[Pa]
100
10
1
0.1
0.01
0.001
0.000 1
Soglia della percezione = 20 Pa
0.000 01
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
DINAMICA
Rapporto tra il valore massimo ed il valore minimo in condizione di linearità di risposta.
Ii
BLACK BOX
BOX
Linearità di risposta: Iu
Iu
/ Ii = k
DINAMICA = Imax / Imin
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DINAMICA DEL SISTEMA UDITIVO
 = Imax / Imin = 200 / 20 x 10-6 = 10,000,000
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
200
Pa
180
175 ± 5
2,8 %
160
140
135 ± 5
3,7 %
120
100
80
71 ± 5
7%
60
40
20
10 ± 5
50 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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Perché il dB ?
1. Per ridurre l’errore di lettura
su scala lineare
2. La risposta del sistema uditivo
non è lineare ma logaritmica
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Che cos’è il dB ?
Definizione dall’elettrotecnica:
10 volte il logaritmo, in base 10,
del rapporto tra il valore corrente
di una grandezza e quello assunto
come riferimento:
dB = 10 Log10 (X / X0)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Che cos’è il dB ?
dB = 10 Log10 (X / X0)
X0 (p0 = 20 Pa; I0 = 1 pW/m2 ; W0 = 1 pW)
Il riferimento X0 deve sempre essere precisato
nell’esprimere un valore in dB
Un rapporto tra grandezze omogenee è
adimensionale; il dB non è, quindi, una unità
di misura.
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
dB
140
134
94
34
0
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Variazione del
Livello Sonoro (dB)
Variazione della
Sensazione percepita
3
Appena percepibile
5
Differenza percettibile
10
Forte il doppio (o 1/2)
15
Grandi variazioni
20
Forte 4 volte (o 1/4)
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I numeri classici
per non ricordare tutto
10
10
10
10
x
x
x
x
Log10
Log10
Log10
Log10
(2) =
3,01  3,0
(3) =
4,77  4,8
(5) =
6,99  7,0
(10) = 10,00
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Proprietà del dB
1. Il prodotto di numeri assoluti è la somma di dB
10 Log10 (A x B) = 10 Log10 (A) + 10 Log10 (B)
2. Il quoziente di numeri assoluti è la differenza di dB
10 Log10 (A / B) = 10 Log10 (A) - 10 Log10 (B)
3. L’esponente di numeri assoluti è il fattore del dB
10 Log10 (A2) = 2 x 10 Log10 (A)
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W = p2 x 4  r2 / ( c )
10 Log10 W/Wo = 10 Log10 (p / p0)2 + 10 Log10 (4  r2)
Lws
Lps
Lws = Lps + 20 Log10 (r) + 11
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esercizio 1
problema
r1
S1
Lps1
r2
S2
Lps2
Dati:
S1 = S2 ; Lws = 100 dB
r1 = r2 = 10 m
1) Lps1 = Lps2
?
2) Lps1 =
? dB
3) Lps(S1 + S2) =
? dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esercizio 1
1) Lps1 = Lps2
2) Lps1 =
3) Lps(S1 + S2) =
?
?
?
soluzione
dB
dB
1, 2) Lws = Lps + 20 Log10 (r) + 8
2) Lps1 = Lws1 - 20 Log10 (r1) - 8 = 100 - 20 - 8 = 72 dB
3)
3)
3)
3)
3)
3)
3)
3)
Lps1 = Lws1 - 20 Log10 (r1) - 8
Lps2 = Lws2 - 20 Log10 (r2) - 8
Lps1 + Lps2 = Lws1 + Lws2 - 20 Log10 (r1) - 20 Log10 (r2) - 8 - 8
Lps1 + Lps2 = 100 + 100 - 20 - 20 - 8 - 8 = 144 dB
W1 = p12 x 2  r12 / ( c )
W2 = p22 x 2  r22 / ( c )
Wtot = W1 + W2 = 2 x W1 = 2 x [ p12 x 2  r12 / ( c ) ] = 2 x p12 x 2  r12 / ( c )
10 Log10 Wtot /Wo = 10 Log10 (p1 / p0)2 + 10 Log10 (2  r12) + 10 Log10 (2 )
Lws = Lps1 + 20 Log10 (r1) + 8 + 3
3) Lps(S1 + S2) = Lps1 + 3 dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Osservazioni
• Il raddoppio o il dimezzamento della potenza
sonora aumenta o riduce il Lps di 3 dB con
variazione lineare del + 100 % e - 50 %
• Una variazione di 1 dB corrisponde ad una
variazione di p del 12 % e di p2 del 26 %
• L’accuratezza di fonometri in classe 1 è ± 0.7 dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esercizio 2
problema
r1
S1
Lps1
Lps2
r2
S2
Dati:
S1  S2
r1 = r2 = 10 m
Lps1 = 78 dB
Lps2 = 88 dB
1) Lps(S1 + S2) =
?
dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esercizio 2
soluzione
1) Lps(S1 + S2) =
?
dB
1) Lps(S1 + S2) = 10 Log10 ( 10
(Lps1/10)
(Lps2/10)
+ 10
)=
= 10 Log10 ( 10 7.8 + 10 8.8) =
= 88.4 dB  88 dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
L+
dB
Example:
L1 =
L2 =
Esempi:
L =
Lps
L1+(dB):
=
Lps2 (dB):
Lt =
 (dB)
3
2
55 dB
51 dB
4 dB
1
2
1.484.0
dB 84.0
80.0 72.0
55 +4.0
1.4 12.0
= 56.4 dB
Lps(tot) (dB):
1.4 dB
85.4
84.3
1
0
0
5
4 dB
10
15
L
dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Osservazioni
• Quando due valori in dB differiscono per più
di 10 dB si può considerare trascurabile
l’influenza di quello inferiore
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esercizio 3
problema
Data la sottostante serie di Lps in dB, calcolare la somma risultante:
73 85 79 82 70 82 85 70 82 85 76 91 94
73
85
88
88
91
76
94
79
82
97
85
 97
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esercizio 4
Lpstot
S6
S1
S2
S5
Dati:
Lps1 = 80 dB Lps4 = 85 dB
Lps2 = 83 dB Lps5 = 90 dB
Lps3 = 87 dB Lps6 = 77 dB
Lps tot = 93.4 dB
S3
S4
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Dati:
Lps1 = 80 dB Lps4 = 85 dB
Lps2 = 83 dB Lps5 = 90 dB
Lps3 = 87 dB Lps6 = 77 dB
Lps tot = 93.4 dB
Problema:
Su quale/i sorgente/i si deve
intervenire per ridurre il
Lps totale a circa 88 dB ?
Lpsmedioris = 10 Log10 (10(Lpstot /10) /5) = 81 dB
Lpsi
 (dB)
Lps tot - Lpsi
Lps1
Lps2
Lps3
Lps4
Lps5
Lps6
Lps tot
13.4
10.4
6.4
8.4
3.4
16.4
 (%)
dB
100 x (1- (p2tot- pi2))/ p2tot
5
9
23
15
46
2
100
 (dB)
dBris
Lpsi - Lpsmedris
80
83
87
85
90
77
-1
+2
+6
+4
+9
-4
80
81
81
81
81
77
88.2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Esempi:
Lps1 (dB):
Lps2 (dB):
 (dB)
Lps(ris) (dB):
1
84.0
77.0
7.0
83.0
2
3
84.0 84.0 (± 0.5)
72.0 82.0 (± 0.5)
12.0 2.0 1  3
83.7 79.5 77  81
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
IN ASSENZA DI OSTACOLI
Lps = Lws - 10 Log10 (r)2 + 11
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
NEGLI AMBIENTI CONFINATI
AMBIENTE ANECOICO
( = 1)
AMBIENTE RIVERBERANTE
( = 0)
 (coefficiente di assorbimento sonoro) = energia assorbita / energia incidente
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
NEGLI AMBIENTI CONFINATI
W
LD
LD
LR
LD
L’D
d
d
W’
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
NEGLI AMBIENTI CONFINATI
100
Lps
dB
90
Lps tot
Lps
80
Lps'
70
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Distanza dalla sorgente reale (m)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
NEGLI AMBIENTI CONFINATI
F()
F()
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
NEGLI AMBIENTI CONFINATI
?
1
2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
LA LEGGE DI PROPAGAZIONE SONORA
NEGLI AMBIENTI CONFINATI
(secondo Mr SABINE)
W = p2D / c x R / 4
(W)
campo diffuso
W = p2L / c x 4  r2
(W)
campo libero
(p2L + p2D)/ c = W x (1/4  r2 + 4/R) (W)
campo reale
Lps = Lws + 10 Log10 (1/4  r2 + 4/R)
R = costante dell’ambiente = S / (1 - )  S (con  < 0,2)
S = Superficie totale dell’ambiente
 = coefficiente di assorbimento
dB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
12
p
Pa
FUNZIONE COSTANTE FUNZIONE PERIODICA FUNZIONE CASUALE
10
8
6
4
2
0
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
-2
-4
-6
-8
-10
-12
tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
COME DESCRIVERE UN FENOMENO VARIABILE
•
VALORE MEDIO: UNA FUNZIONE PERIODICA PRESENTA VALORE
MEDIO NULLO - IL SISTEMA UDITIVO MANIFESTA, TUTTAVIA, UNA
SENSAZIONE SONORA
•
VALORI MASSIMO/MINIMO: DESCRIVONO SOLO L’AMPIEZZA IN UN
DATO ISTANTE
•
VALORE EFFICACE: DESCRIVE IL CONTENUTO ENERGETICO DELLA
FUNZIONE - IL SISTEMA UDITIVO MANIFESTA UNA SENSAZIONE
SONORA DIPENDENTE DAL CONTENUTO ENERGETICO DEL SEGNALE
SONORO
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
IL VALORE EFFICACE
T
Xrms = ( 1/T 
0
2
X
Lps(rms) = 10 x Log10 (1/T
dt )

0
0.5
T
2
p
dt )
0.5
Dall’elettrotecnica: il valore efficace è il livello, costante nel
tempo, che possiede lo stesso contenuto energetico della
funzione variabile nel tempo.
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
IL VALORE EFFICACE
90
Lps
80
70
60
50
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
tempo
57
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
p
Pa
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
T
1
2
x
(t )dt
RMS =
T 0
Tempo
p
Pa
Picco Picco – Picco
Medio
Media =
RMS
Picco
Fattore di Cresta =
RMS
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
IL FENOMENO SONORO NELLA REALTÀ
=0006.s3d in Calculations
dB
90
Quale Lps è quello reale ?
80
70
60
50
40
30
17.50.00
18.00.00
18.10.00
18.20.00
LAeq
LCpk(MaxP)
Cursor: 07/09/97 17.43.35 - 17.43.36 LAeq=34,7 dB LAFMax=36,1 dB LCpk(MaxP)=57,7 dB LAFMin=34,0 dB
18.30.00
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE NEL TEMPO
T
Lps(rms) = 10 x Log10 ( 1/T 0 p2 dt )0.5
L’operazione di integrazione continua nel tempo T non è
possibile con l’impiego di circuiti elettrici; si ricorre, perciò,
a due soluzioni pratiche:
• INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
• INTEGRAZIONE LINEARE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
R
Vin
C
Vout
Vout = Vin ( 1 - e -t/RC)
Vin
Vout
1
1
0
t
0
?
t
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
Vout/Vin
1,1
1,0
0,9
0,8
RC = 1
0,7
RC = 5
0,6
RC = 10
0,5
RC = 20
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1
11
21
31
41
51
61
tempo di salita - ts
Tempo di salita = 2,2 RC
71
81
91
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
Lp
Fast
Tempo
Lp
Slow
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
(risposta su un display digitale)
82.4
79.3
76.8
76.0
80.1
80.1
79.0
Lp
1
2
3
4
5
6
7
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
MEGALIRE
PER CHE
COSA ?
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
L’integrazione esponenziale consente di:
• ridurre l’ampiezza delle oscillazioni di un
fenomeno non stazionario
• seguire l’evoluzione del fenomeno nel
tempo
• fenomeni con durata inferiore alla
costante di tempo producono un errore
di ampiezza inversamente proporzionale
alla durata del fenomeno stesso
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE ESPONENZIALE
La norma internazionale I.E.C. 651 - 1979
prescrive che le costanti di integrazione
siano le seguenti:
Fast =
125 ms
Slow =
1s
Impulse = 35 ms
Peak (non energetica) < 50 s
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE LINEARE
1 T  p t  
 10 log10  
 dt
T 0  p0 
2
Leq
Lp
Leq
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE LINEARE
Il Leq(t) descrive il contenuto energetico, nel
tempo di osservazione t , del fenomeno
variabile nel tempo.
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE LINEARE
INTEGRAZIONE CONTINUA NEL TEMPO
Lp
Leq
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE LINEARE
Lp
Transitorio
Leq
Tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE LINEARE
INTEGRAZIONE A CAMPIONAMENTO DISCRETO NEL TEMPO
Lpsistantaneo - Leq(t1) - Leq(t2) - Leq(t3) - Leqprogressivo
100
dB
80
60
40
20
1
11
21
31
41
51
61
71
81
91
101
111
121
tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
L’INTEGRAZIONE LINEARE
L’integrazione lineare consente di:
• valutare l’esatto contenuto energetico di
un fenomeno non stazionario in qualsiasi
momento (Leqprogressivo)
• Il Leq deve sempre essere associato ad
un tempo (misura, riferimento, ecc.) per
esprimere un contenuto energetico
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
DI DURATA VARIABILE - IL SEL
V (m/s)
DISTURBO = ENERGIA PERCEPITA
ENERGIA PERCEPITA = Leq(t)
SE t1  t2 DISTURBO ?
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
ORIGINE DEL SEL
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
DI DURATA VARIABILE - IL SEL
Transito Escavatore
140
dB
130
Leq(t = 30 s) = 110 dB
120
SEL = 123 dB
110
100
90
80
70
V = 5 m/s
60
0
5
10
15
20
25
30
tempo
Transito Ferrari
140
dB
130
Leq(t = 3 s) = 114 dB
120
SEL = 119 dB
110
100
90
80
V = 80 m/s
70
60
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
tempo
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
COME DESCRIVERE UN FENOMENO SONORO
DI DURATA VARIABILE - IL SEL
SEL  L eq
 t 
 10 log 
 1s 
L
dB(A)
SEL
Leq
V = 80 m/s
t
Tempo
1s
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
Lep,d = Leq + 10 Log10 (T / T0)
dB(A)
Leq = Livello equivalente della giornata lavorativa (dB(A))
T = Durata reale della giornata lavorativa (s)
T0 = Giornata lavorativa di riferimento (28800 s)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
Leq(3600s) = 100 dB(A)
Leq(25200s) = 80
dB(A)
Lep,d = 91,3 dB(A)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
D. L.vo 277 - 91: art. 4 comma q
D. L.vo 277 - 91: art. 4 comma q
Scheda di esposizione a rumore
Scheda di esposizione a rumore
Azienda:
Azienda:
Data compilazione:
Data compilazione:
Compilatore:
Compilatore:
Valutazione per:
mansione
lavoratore
Descrizione mansione:
Lavoratore
Cognome
Nome
nascita
DATE
assunz.
Leq
dB(A)
Tempo
s
26-ott-91
Cian Sergio
Valutazione per:
mansione
lavoratore
Descrizione mansione:
Lavorazione lamiere
Lavoratore
dimissioni
1
2
3
4
5
6
7
Descrizione attività
METALLI ED AFFINI S.p.A.
1
2
3
4
5
6
7
Nome
Stefano
Annibale
Adriano
Martino
Descrizione attività
Nota
a
b
c
d
e
f
a
b
c
d
e
f
Cognome
De Zorzi
Ganzo
Muratore
Vinciguerra
Movimentazione con muletto
Cesoia
Piegatrice
Foratrice
Saldatura elettrica
Pause varie
nascita
25.12.69
01.11.35
14.04.54
01.01.53
Leq
dB(A)
84
88
81
88
83
65
Tempo
s
3600
1800
3600
5400
10800
900
26100
Totale
Totale
84,9
Lep,d
Lep,d
84,5
Classe di esposizione:
Nota:
Lep,d < 80 dB(A)
80 < Lep,d < 85
85 < Lep,d < 90
Lep,d > 90 dB(A)
Classe di esposizione:
X
Nota:
DATE
assunz. dimissioni
14.03.88
02.01.75 29.09.91
31.06.85
01.02.78
Nota
Lep,d < 80 dB(A)
80 < Lep,d < 85
85 < Lep,d < 90
Lep,d > 90 dB(A)
Controllo audiometrico annuale per presenza componenti
tonali nel campo 1000 - 2500 Hz
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
Leq(day) = 10 Log10 1/T (10(Leq1/10) t1 + 10(Leq2/10) t2 +…+ 10(Leqn/10) tn)
Leq(day) = Livello equivalente della giornata lavorativa (dB(A))
Leqi
= Livello equivalente della specifica attività (dB(A))
ti
= Tempo di esposizione alla specifica attività (s)
T
= Durata della giornata lavorativa (= t1 + t2 +…+ tn) (s)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
Descrizione attività
Movimentazione con muletto
Cesoia
Piegatrice
Foratrice
Saldatura elettrica
Pause varie
Totale
10(Leq/10) t
Leq
dB(A)
84
88
81
88
83
65
Tempo
s
3600
1800
3600
5400
10800
900
904279115343
1135723220064
453213148246
3407169660193
2154883300166
2846049894
84,9
26100
8058114493907
Leq(T) =
84,9
Lep,d = Leq(T) + 10 Log10 (26100/28800)
84,5
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
D. L.vo 277 - 91: il Lep,d
Il dosimetro personale di rumore
Vantaggi
Svantaggi
•
•
•
•
• Affidabilità dei rilievi
Affidabilità dei rilievi
Misure senza strumentista
Misure multiple
Facilità d’impiego
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La
del suono
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
1
10
100
1000
10 000
Frequenza
[Hz]
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
1
10
100
1000
10 000
Frequenza
[Hz]
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito
esterno
interno
medio
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - la coclea
Finestra ovale
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - risposta in frequenza
Coclea (sviluppo)
timpano
risposta
risposta
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - l’organo del Corti
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - tempi di risposta
50 s
35 s
30 s
35 s
Muscolo stapediale (150 ms  Fast)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - risposta
Livello di Pressione Sonora
140
dB
120
Soglia del Dolore
100
80
Limite di rischio di danno
Musica
60
Parlato
40
20
0
20
Soglia
dell’udibile
50
100
200
500
1k
2k
Frequenza [Hz]
5k
10k
20 k
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - risposta
Norma ISO 226/1987:
120
curve isofoniche
Livello di
Pressione
Sonora, Lp
80
130
120
110
100
90
80
60
70
60
100
(dB re 20 Pa)
50
40
30
40
20
20
10
0
Phon
20 Hz
100 Hz
1 kHz
Frequenza
10 kHz
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - risposta
Infra
0.02
0.2
Audio
2
20
200
2000
3 decadi
Ultra
20.000
200K
Hz
Frequenza
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - il danno
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - la presbiacusia
25
dB
20
ISO 7029/1984: Soglia audiometrica di soggetti maschi
otologicamente normali (valori per il 90 % del campione)
70
Età
15
60
10
5
50
0
-5
40
-10
30
20
-15
125
250
500
1000
1500
2000
3000
4000
6000
8000
frequenza
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito - la presbiacusia
Lp

Isofonica 40 dB
normalizzata a
0 dB at 1kHz
(dB)
40
40
20
0
Lp

Isofonica 40 dB
Invertita
confrontata con
la curva A di
ponderazione in
frequenza
20 Hz
100
1 kHz
10 kHz
1 kHz
10 kHz
(dB)
0
-20
40
A-weighting
-40
20 Hz
100
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito e la fisica acustica
Lp
D
[dB]
Lin. (?)
0
D
C
B+C
A
-20
A
In origine:
• Curva A  40 Phone
• Curva B  70 Phone
• Curva C  100 Phone
• Curva D = bang sonico
Oggi: solo curva A
B
-40
-60
10
20
50
100
200
500
1k
2k
5k
10 k 20 k
Frequenza
[Hz]
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito e la fisica acustica
I filtri di ponderazione si sono resi necessari per
adattare la risposta lineare, in ampiezza ed in
frequenza, della strumentazione di misura alla
risposta non lineare del sistema uditivo umano
per ottenere una misura fisica confrontabile con
la sensazione sonora evocata dal fenomeno
acustico.
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito e la fisica acustica
In origine sono stati definiti tre filtri di ponderazione:
• Filtro A: da impiegarsi all’intorno di 40 Phone
• Filtro B: da impiegarsi all’intorno di 70 Phone
• Filtro C: da impiegarsi all’intorno di 100 Phone
In seguito alla confusione dovuta all’indeterminatezza
dell’uso dei vari filtri di ponderazione e alla conseguente
difficoltà di confronto dei dati è stato deciso di adottare
solo il filtro di ponderazione A.
Tutti i valori in dB determinati con l’impiego del filtro A
devono riportare, dopo il termine dB, la lettera (A).
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
La fisiologia dell’udito e la fisica acustica
il fonometro di misura
87.2
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza
c

f


Lunghezza d’onda, [m]
20
10
10
20
5
50
2
100
1
200
0.2
500
Frequenza, f [Hz]
1k
0.1
2k
0.05
5k
10 k
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza

A
A
r
v

1
/4
/2
-12
v=r=2fr
=ct
t=2r/v
 = ct=c2r/2fr = c / f
tt
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - la diffrazione
Esempio :
b = 0.1 m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
Esempio:
b=1m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - la diffusione
b
b
Esempio :
b = 0.1 m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
b
b
Esempio:
b = 0.5 m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - la riflessione
Sorgente
Sorgente
Sorgente Virtuale
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza
p
Lp
tempo
1
p
Lp
f1
Frequenza
tempo
2 = 3 1
Lp
p
f2
Frequenza
f2
Frequenza
tempo
f1
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza
p
Lp
tempo
periodico
p
Lp
Frequenza
Lp
Frequenza
tempo
casuale
p
tempo
impulsivo
Frequenza
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
p
tempo
Lp
frequenza
f?
Tempo
?
Frequenza
p
Lp

Tempo
RMS
Peak
Fast
Slow
Impulse
87.2
f
Frequenza
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
B
0
Filtro ideale
Banda = f2 – f1
Centro Frequenza = f0
f1
f0
f2
Frequenza
Ondulazione
0
- 3 dB
= Area
Area
Filtro reale: definizione della Banda
a - 3 dB
f1
f0
f2
Frequenza
Efr = Efi
Confronto tra
Filtro reale e Filtro
ideale
f1
f0
f2
Frequenza
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
Filtro a banda
costante
FFT
Filtro a banda
percentuale costante
CPB
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
L
B = 400 Hz
0
1k
B = 400 Hz
2k
B = 400 Hz
3k
4k
5k
6k
7k
8k
9k
Asse della frequenza LINEARE
(generalmente usato nell’analisi delle vibrazioni)
10k
Frequenza
[Hz]
L
B = 1/1 Ottava
1
2
4
B = 1/1 Ottava
B = 1/1 Ottava
8 16 31.5 63 125 250 500 1k 2k 4k 8k 16k
Asse della frequenza LOGARITMICO
(generalmente usato nell’analisi acustica)
Frequenza
[Hz]
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
L
B = 1/1 Ottava
1/1 Ottava
f2  2  f1
Frequenza
f2 = 1410 [Hz]
f1 = 708
B  0 .7  f0  70%
f0 = 1000
L
1/3 Ottava
B = 1/3 Ottava
f2 
f1 = 891
f2 = 1120
f0 = 1000
Frequenza
[Hz]
3
2  f1  1.25  f1
B  0 .2 3  f 0  2 3 %
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
L
B = 1/1 Ottava
500
L
1000
2000
Frequenza
[Hz]
B = 1/3 Ottava
800
1000
1250
Frequenza
[Hz]
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
Banda No.
Centro frequenza
Nominale Hz
Banda Filtro
1/3 ottava Hz
1
2
3
4
5
6
1.25
1.6
2
2.5
3.15
4
1.12 – 1.41
1.41 – 1.78
1.78 – 2.24
2.24 – 2.82
2.82 – 3.55
3.55 – 4.47
27
28
29
30
31
32
500
630
800
1000
1250
1600
447 – 562
562 – 708
708 – 891
891 – 1120
1120 – 1410
1410 – 1780
40
41
42
43
10 K
1.25 K
16 K
20 K
8910 – 11200
11.2 – 14.1
14.1 – 17.8 K
17.8 – 22.4 K
Banda Filtro
1/1 ottava Hz
1.41 – 2.82
2.82 – 5.62
355 – 708
780 – 1410
11.2 – 22.4 K
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza- il filtro
1/1 Ottava
L
1/3 Ottava
FFT
Frequenza
[Hz]
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza seriale
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - analisi di frequenza parallela
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - fonometro in tempo reale
CORSO DI ACUSTICA DI BASE
Fisica acustica - fonometro in tempo reale
L
[dB]
1/1 Ottava
1/3 Ottava
LA [dB(A)]
LB [dB(B)]
LC [dB(C)]
LD [dB(D)]
LLin. [dB]
Frequenza
[Hz]